Μπορεί το νερό να είναι μία από τις πιο συνηθισμένες ουσίες στη Γη, όμως υπό ακραίες συνθήκες αποκτά ιδιότητες που μοιάζουν εξωπραγματικές. Ερευνητές κατάφεραν να παρατηρήσουν πειραματικά μια νέα μορφή πάγου, υποβάλλοντας μικροσκοπικά δείγματα νερού σε πιέσεις εκατομμυρίων ατμοσφαιρών και σε θερμοκρασίες οι οποίες ξεπερνούν τους 2.000°C.
Η εν λόγω μορφή φέρει την ονομασία hexagonal close-packed (HCP) ice, δηλαδή πάγος με εξαγωνική κρυσταλλική διάταξη. Τα αποτελέσματα της μελέτης δημοσιεύτηκαν στο Physical Review Letters.
Τι ανακάλυψε η ομάδα
Σε κανονικές συνθήκες, το νερό σε τέτοιες θερμοκρασίες θα ήταν σε αέρια μορφή. Η συμπεριφορά του όμως αλλάζει δραματικά όταν η πίεση αυξάνεται και φτάνει σε ακραία επίπεδα. Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον φυσικό Alexis Forestier, τοποθέτησε μικροσκοπικά δείγματα νερού ανάμεσα στις άκρες διαμαντιών.
Η πίεση έφτασε τα 230 gigapascals, δηλαδή περίπου 2,3 εκατομμύρια φορές την ατμοσφαιρική πίεση που έχουμε σε επίπεδο θάλασσας. Παράλληλα, χρησιμοποιήθηκαν lasers για την αύξηση της θερμοκρασίας σε χιλιάδες βαθμούς Κελσίου. Με τη χρήση λεπτών ακτίνων Χ, εξέτασαν την κρυσταλλική δομή του δείγματος.
Μια νέα μορφή πάγου σε ακραίες συνθήκες
Οι μετρήσεις αποκάλυψαν τη χαρακτηριστική υπογραφή της δομής HCP, δηλαδή μιας διάταξης η οποία, αν και είχε θεωρητικά διατυπωθεί, μέχρι σήμερα δεν είχε γίνει κάποιο πείραμα. Η συγκεκριμένη δομή αφορά τον τρόπο με τον οποίο είναι διατεταγμένα τα άτομα οξυγόνου. Υπάρχει και η face-centered cubic (FCC) δομή με αντίστοιχη ακραία συμπεριφορά.
Τα πειράματα έδειξαν δηλαδή ότι η προσαρμογή της πίεσης και της θερμοκρασίας οδηγεί στη μία ή στην άλλη δομή.
- Στα 155 GPa και 2.000 K, οι ερευνητές εντόπισαν σήματα τόσο από fcc όσο και από hcp πάγο.
- Στα 197 GPa και 2.250 K, το σήμα της hcp δομής έγινε ισχυρότερο, ενώ στα 219 GPa και 2.630 K η hcp μορφή κυριαρχούσε.
Ένα ακόμη πιο σημαντικό στοιχείο είναι ότι στη νέα μορφή, η οποία θα μπορούσε να περιγραφεί ως υπεριοντικός πάγος, τα άτομα οξυγόνου παραμένουν σταθερά σε μια κρυσταλλική δομή, όπως συμβαίνει με ένα στερεό, αν και οι ακριβείς ιδιότητές του δεν έχουν ακόμη προσδιοριστεί.
Ένα μικρό βήμα για την επιστήμη
Ο υπεριοντικός πάγος συμβάλλει στην πρόοδο της επιστήμης, καθώς μπορεί να υπάρχει στο εσωτερικό πλανητών όπως του Ουρανού και του Ποσειδώνα.
Στην περίπτωση δηλαδή που οι διάφορες μορφές πάγου παρουσιάζουν διαφορετική ηλεκτρική αγωγιμότητα, η παρουσία της HCP μορφής θα μπορούσε να επηρεάσει τα μοντέλα που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες για να εξηγήσουν τον τρόπο με τον οποίο κινείται η ύλη και τα ηλεκτρικά φορτία στο εσωτερικό αυτών των πλανητών.
